第六章 自动检测技术应用举例分解

图6-7 滤波器频率响应图
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第二节 检测技术在智能楼宇中的应用


空调系统的监控 给排水系统 火灾监视与控制系统 门禁与防盗系统 电梯的运行管理
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智能楼宇包括5大主要特征：楼宇自动化（BA）、防火自动化（FA）、
通信自动化（CA）、办公自动化（OA）、信息管理自动化（MA）。 上述5A特征通过布线综合化来实现。综合布线系统犹如智能楼宇内的一 条高速公路，人们可以在土建阶段，将连接5A的线缆综合布线到建筑物 内，然后可根据用户的需要及时代的发展，安装或增设其他系统。
第6章 自动检测技术应用举例



第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节
电感式微位移测量仪 检测技术在智能楼宇中的应用 检测技术在全自动洗衣机中的应用 检测技术在环境检测中的应用 检测技术在数控机床中的应用 布匹长度自动记录与控制仪
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第一节 电感式微位移测量仪

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四、键盘、显示与打印



为了节省I/O口，本测量仪采用3×4的矩阵式键盘，它由 行线和列线组成，按键位于行、列的交叉点上。采用函数 char key(chart)实现对键盘的查询与结果的返回。 显示采用液晶图形显示器，它具有低压、微功耗、寿命长、 无辐射等特点，是目前流行的显示方法。本测量仪选用香 港精电公司的MGLS19264，液晶显示驱动控制套件为 HD61203U、HD61202U。 打印机采用荣达MP系列微型打印机，它具有串行/并行打 印接口，并口采用26线针型扁平电缆插座，与标准并行口 Centyonics兼容，可直接由单片机控制。
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滤波器频率响应如图6-7所示。尽管测量头的测量精度很高，但是，测 量头并不是线性的，它存在着一定的非线性，如果近似认为其为线性关 系，那么在高精度测量中将会带来非常大的误差。所以我们先在标准仪 器上按较小步长记录下AD转换器的结果，并列成表格。实践表明采用拟 合的方法不能取得较好效果。所以采用查表插值的方法。
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二、给排水系统

给排水系统的监控和管理也是由现场监控站和管理中心来实现，其最 终目的是实现管网的合理调度。也就是说，无论用户水量怎样变化， 管网中各个水泵都能及时改变其运行方式，保持适当的水压，实现泵 房的最佳运行；监控系统还随时监视大楼的排水系统，并自动排水； 当系统出现异常情况或需要维护时，系统将产生报警信号，通知管理 人员处理。给排水系统的监控主要包括水泵的自动启停控制、水位流 量、压力的测量与调节；用水量和排水量的测量；污水处理设备运转 的监视、控制、水质检测；节水程序控制；故障及异常状况的记录等， 给排水系统监控的原理如图6-9所示。现场监控站内的控制器按预先编 制的软件程序来满足自动控制的要求，即根据水箱和水池的高、低水 位信号来控制水泵的启、停及进水控制阀的开关，并且进行溢水和停 水的预警等。当水泵出现故障时，备用水泵自动投入工作，同时发出 报警信号。

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一、空调系统的监控

空调系统监控的目的是：既要提供温湿度适宜的环境，又要节约能源。 其监控范围为制冷机、热力站、空气处理设备、送排风系统、变风量末 端等，其原理框图如图6-8所示。现代空调系统均具有完整的制冷、制 热、通风功能，它们都在传感器和计算机的监控下工作。
图9-2 虚拟电子秤系统构成
sc
则，
＝0，电桥处于平衡状态，无输出电压。当测杆上升时，上线圈阻抗增加， u
即
Z,1下线圈阻抗减少，即 Z Z
，则有： Z2 Z Z
Z u sc u Z

当测杆下降同样位移时，上述变化相反，有：
Z u sc u Z
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由测量电桥输出的测量信号是一个交流电压信号，此信号经过交流放 大器放大后，其幅度与传感器测杆的位移成正比，但无法判断测杆是 上升还是下降，也就是无法知道被测尺寸具有正偏差还是负偏差。为 了判断信号的相wenku.baidu.com（方向），在交放之后、直放之前加一级相敏检波 器输出的直流缓变信号，再经一级直流放大，得到A/D转换器所需的直 流电压。其原理框图如图6-4所示。


测量仪的组成 传感器及其信号处理电路 单片机及其扩展 键盘、显示与打印 数字低通滤波与插值
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一、测量仪的组成

测量仪由电源、单片机控制板、放大板、液晶显示器、
嵌入式微型打印机和键盘等组成。结构图如图6-1所示。
图6-1 测量仪结构图
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二、传感器及其信号处理电路


电感式传感器的任务是将被测部件几何尺寸的微小变换为 电感L的变化。信号处理电路的作用是实现测量信号的变 换、放大。 轴向式传感器的基本结构如图6-2所示，电感线圈呈管状， 连接测杆的磁心置于线圈的中部。
图6-4 信号电路框图
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三、 单片机及其扩展

单片机内部虽然设置了一定容量的存储器和若干并行I/O 口，但这远远满足不了实际需要。系统中采用74HC573作 为锁存器，GAL16V8提供片选信号，扩展了程序存储器 27512、外部数据存储器62256、I/O口8155、时钟芯片 DS12887、模数转换器AD574及与其相联的八选一模拟开 关CD4051，扩展电路如图6-5所示。
图6-3 转换电路原理图
电桥的两臂 Z 和 Z 为电感传感器中两个线圈的阻抗（线圈电感L与电 阻r的等效阻抗），另外两臂为电源变压器次级线圈的两半绕组（每半 绕组的电势为u）。输出电压 u sc为：
1 2
usc
Z1 Z 2 u Z1 Z 2
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当电感传感器的铁芯处于中间位置时，两线圈的阻抗相等，即, Z1 Z 2
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五、数字低通滤波与插值
由于系统在使用过程中将会受到各种干扰，且在A/D转换中存在量化误 差，故需将A/D转换结果进行低通滤波处理。低通滤波采用FIR系统比较 简单，易于实现线性相位，即输出只对输入有一段延时，不使信号发生 畸变。理想的低通滤波器如图6-6所示。

图6-6 理想低通滤波器
图6-2 轴向式电感传感器
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当测杆接触被测部件时，部件位置的变化使磁芯在线圈内发
生微小位移，此位移引起线圈电感量的变化。电感量变化的 表达式为：
u0 2 L0 t 2 L u 1 r t r h2 h R 2 1 1 t0 t0 r u r 1
式中： h , R , r , u0 均为与线圈和磁芯几何、物理参数 有关的常数； t 为磁芯在线圈内初始伸入深度； L0 为初始 电感量。由此可见，线圈电感量的变化 L 正比于测杆位移
0
量的变化量
t
，也就正比于被测部件位置的变化量。
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为了对传感器给出的电感信号进行放大、处理和显示，需将电感量 的变化 L转换为电压信号。该测量仪采用交流测量电桥完成这一 任务，其原理如图6-3所示。